4. Предотвращение карбонатных отложений

Указания по предотвращению карбонатных отложений необходимо учитывать при проектировании систем прямоточного и оборотного водоснабжения с градирнями, брызгальными бассейнами и прудами охладителями, если нагрев воды не превышает 60 °С с использованием пресных вод поверхностных и подземных источников.

Системы оборотного водоснабжения с градирнями и брызгальными бассейнами

Необходимость обработки воды следует определять расчетом. При этом принимается, что образование карбонатных отложений происходит при соотношении:

рНф>рНs	(12)
где pHs – рН равновесного насыщения; рНф – фактическая величина рН при нагреве воды в теплообменных аппаратах, машинах и агрегатах до расчетной температуры в °С.

Величину рН_ф следует определять по формуле:

рНф = рН0 - а	(13)
где а – температурная поправка, взятая из Приложения А; рН0 – величина рН охлаждающей воды, измеренная при температуре 18-20 ºС.

pH_s рассчитывают на основе следующих данных:

1. Температуры воды в момент отбора воды или после ее нагревания до заданной температуры;

2. Содержания кальция;

3. Щелочности;

4. Общего солесодержание по сухому прокаленному остатку.

На основе полученных данных вычисляют величину рН равновесного насыщения воды карбонатом кальция по формуле (14):

	(14)
где pHs– величина рН равновесного насыщения воды карбонатом кальция; f2 (t°), f2 (Ca2+), f3 (Alk), f4, (P) – величины, зависящие соответственно от температуры воды, содержания кальция, щелочности и общего содержания солей. Определяют эти величины по графику, приведенному в Приложении Б.

Системы оборотного водоснабжения с градирнями и брызгальными бассейнами

Обработку воды для предотвращения карбонатных отложений следует предусматривать при условии:

Щдоп.∙Kу≥ 3	(15)
где Щдоп.– щелочность добавочной воды, мэкв/л; Ку– коэффициент упаривания (концентрирования на выпадающих в осадок солях).

Коэффициент упаривания рассчитывается по формуле (16):

	(16)
где Ку– коэффициент упаривания (концентрирования на выпадающих в осадок солях); Р1– потери воды на испарение в % расхода оборотной воды; Р2-потери воды на капельный унос из охладителей в % расхода оборотной воды (таблица 3); Р3– расход воды на продувку и отбор на технологические нужды в % расхода оборотной воды.

Потери воды на испарение (Р₁) вычисляются по формуле (17):

Р1=Qисп.=K∙∆t∙Qохл.

(17)

где Qисп.– потери воды на испарение при охлаждении, м3/ч; ∆t=t1-t2– перепад температур воды в градусах, вычисляемый как разность температур отработавшей воды, поступающей на охладитель (пруд, брызгальный бассейн или градирню),t1, и охлажденной водыt2; Qохл– расход охлаждаемой оборотной воды, м3/ч; К – коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением в общей теплоотдаче, принимаемый для брызгальных бассейнов и градирен в зависимости от температуры воздуха по таблице 4, а для прудов-охладителей и прудов-осветлителей оборотной воды – в зависимости от естественной температуры воды в водоеме по таблице 5.

Таблица 3 – Потери охлаждаемой воды вследствие уноса ветром (Р₂)

Тип охладителя	Потери воды Р2 вследствие уноса ветром в процентах к расходу охлаждаемой воды
Брызгальные бассейны производительностью до 500 м3/ч	2-3
Брызгальные бассейны производительностью свыше 500 м3/ч	1,5-2
Открытые и брызгальные градирни с жалюзи	1-1,5
Открытые градирни, брызгальные градирни с решетками вместо жалюзи, башенные градирни и оросительные теплообменные аппараты	0,5-1
Вентиляторные градирни (при наличии водоуловителей)	0,2-0,5

Таблица 4 – Коэффициент доли теплоотдачи при испарении для брызгальных бассейнов и градирен (К)

Температура воздуха, °С	0	10	20	30	40
Значения коэффициента К для градирен и брызгальных бассейнов	0,0010	0,0012	0,0014	0,0015	0,0016

Таблица 5 – Коэффициент доли теплоотдачи при испарении для прудов-охладителей (К)

Температура воды в реке или канале, впадающих в пруд, °С	0	10	20	30	40
Значения К для прудов-охладителей	0,0007	0,0009	0,001	0,0013	0,0015

Для предотвращения карбонатных отложений в системах оборотного водоснабжения используют следующие методы обработки воды:

1. подкисление;

2. рекарбонизация;

3. фосфатирование;

4. комбинированная фосфатно-кислотная обработка.

В случаях, когда предъявляются высокие требования к охлаждающей воде, при наличии нагрева воды более 60 ºС и местного кипения ее у поверхностей теплообмена, применяют умягчение добавочной воды на ионообменных фильтрах.

При осветлении добавочной воды в отстойниках или осветлителях со взвешенным слоем осадка допускается использовать известкование для умягчения (декарбонизации) добавочной воды с последующим подкислением или фосфатированием для предотвращения карбонатных отложений.

Метод обработки воды для предотвращения карбонатных отложений в системах оборотного водоснабжения выбирают с учетом нескольких условий.

Метод подкисления применим во всем диапазоне встречающихся величин щелочности, общей жесткости природных вод и коэффициента упаривания воды. При подкислении предотвращение карбонатных отложений достигается при значительно меньших, чем при рекарбонизации и фосфатировании, размерах продувки или даже при отсутствии продувки и выводе воды из системы только за счет уноса ее в охладителях.

Метод фосфатирования применим при щелочности добавочной воды (Щ_доп.) до 5,0-5,5 мэкв/л. При этом методе необходима продувка системы, причем величина ее возрастает с увеличением щелочности, общей жесткости добавочной воды и температуры оборотной воды.

Комбинированная фосфатно-кислотная обработка воды применяется в случаях, когда одним фосфатированием не удается добиться предотвращения карбонатных отложений или величина продувки при фосфатировании достигает больших размеров, неприемлемых по технико-экономическим соображениям.

Метод рекарбонизации дымовыми газами или газообразной углекислотой применим при щелочности добавочной воды до 3,0-3,5 мэкв/л и коэффициентах упаривания, не превышающих 1,5, т.к. при более высоких значениях этих параметров значительно возрастают эксплуатационные затраты на растворение газов в воде.

Цель работы – оценить необходимость обработки воды для предотвращения карбонатных отложений для систем оборотного водоснабжения с градирнями и брызгальными бассейнами.

Ниже приведены методики определения показателей для расчета рН равновесного насыщения.